Измерение уровня

В пищевой промышленности во многих технологических процессах необходимо измерять уровень жидких или сыпучих материалов, сигнализировать о достижении ими максимального или минимального значения, чтобы не допустить переливов или недосыпов, или недопустимо низкого уровня.

Приборы для измерения уровня делят на две группы:

- уровнемеры, дающие непрерывную информацию о положении уровня в емкости в любой момент времени;

- сигнализаторы, дающие сигнал о достижении уровнем фиксированного значения (верхний, нижний, средний и т.п., в зависимости от того, где установлены чувствительные элементы).

В промышленности используются уровнемеры, основанные на самых разных физических принципах. Рассмотрим основные.

МЕХАНИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ

Достоинство этих уровнемеров: простота, надежность и невысокая стоимость.

Виды механических уровнемеров: поплавковые, мембранные, контактно-механические и вибрационные.

Поплавковые. Принцип действия: движение поплавка, плавающего на поверхности жидкости передается измерительной части прибора. Эти приборы широко используются в качестве сигнализаторов предельных уровней неагрессивных, слабо кристаллизующихся, неналипающих жидкостей.

Мембранные уровнемepы. Используются для измерения уровня сыпучих, неслеживающихся веществ, например, зерна. Сигнализатор уровня крепится в cтeнкe бункера. Зерно давит на гибкую мембрану, что приводит к переключению электрических кoнтактов микропереключателя.(Используются эти уровнемepы и в хлебопекарной промышленности для контроля за опарой, тестом. Только должен быть обеспечен уxoд - очистка мембран).

Koнтактно-механические уровнемepы. Использовались для измерения уровня сыпучего материала в широком диапазоне. С помощью электромеханической лебедки на поверхность материала опускается специальный щуп. Когда щуп опустится на поверхность сыпучего материала, натяжение троса ослабнет, электролебедка остановится. В этот момент отсчитываются показания на отсчетном устройстве (по длине троса). Затем лебедка включается и щип поднимается.

Вибрационные уровнемepы. Обычно вибрационные датчики имеют форму камертона, который в воздухе колеблется на собственной резонансной частоте. Когда пластины камертона покрываются продуктом, в варианте датчика для жидкостей изменяется частота колебаний, а в варианте датчика для сыпучих материалов – амплитуда. Параметры колебаний воспринимаются приемником и подаются на усилитель.

В вибрационных датчиках отсутствуют подвижные детали, и они не требуют технического обслуживания, В пищевой промышленности вибрационные переключатели заменяют поплавковые уровнемеры (для жидкостей) и рычажковые переключатели (для сыпучих материалов).

Основные достоинства:

- Погружаемые в анализируемую среду детали вибрационных датчиков изготовлены из хорошо отполированного металла и соответствуют гигиеническим стандартам;

- вибрационные датчики могут использоваться при температурах до 150ºС и давлениях до 40 бар или 16 бар;

- действие переключателей не зависит от электрических характеристик продукта, плотности пены, турбулентности и посторонних вибраций. Датчики могут использоваться в высоковязких продуктах;

- не требуют калибровки. Арматура позволяет без труда провести регулировку точки срабатывания.

Основные недостатки:

- плотность среды должна быть больше 30 г/л (для жидкостей) и 0,5 г/см³ (для сыпучих веществ);

- при размере частиц больше 10 мм эти датчики применять нельзя.

ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ УРОВНЕМЕРЫ

Эти уровнемepы основаны на измерении давления столба жидкости или выталкивающей сипы, действующей на тело, погруженное в жидкость.

В пищевой промышленности используются буйковые, пьезометрические (барботажные), гидростатические уровнемеры-манометры и дифманометры.

Буйковые уровнемepы основаны на измерении выталкивающей силы, действующей на буек, погруженный в жидкость и удерживаемый в ней с помощью пружины или торсионной трубки. Уравновешивающая сила – усилие обратной связи развивается силовым механизмом обратной связи - электрическим или пневматическим. Выпускается большая номенклатура буйковых уровнемеров, сигнализаторов и регуляторов с механической, пневматической и электрической системой дистанционной передачи. Классточности приборов 1 и 1,5. Предельно допустимое рабочее избыточное давление 10 МПа.

Пьезометрические уровнeмеpы. Через слой жидкости в резервуаре продувают очищенный воздух. Уровнемер (рис. 2.8) состоит из опускаемой в резервуар трубки 1, к которой присоединяется манометр 5 для измерения давления Р в трубке, а следовательно, и статического напора жидкости, пропорционального высоте столба жидкости Н над выходным отверстием барботажной трубки.

Р = ρgH

Давление воздуха в трубке измеряют с помощью манометра.

Эти приборы можно использовать для измерения уровня агрессивных, загрязненных и быстрокристаллизующихся жидкостей. Tочность измерений + 1,5% при постоянной плотности жидкости.

Гидростатические уровнемеры-манометры и дифманометры основаны на измерении давления, создаваемого столбом жидкости. Это давление определяется с помощью манометров. Гидростатические преобразователи уровня являются наиболее простыми средствами измерения и поэтому наиболее широко используются в пищевой промышленности. Тензодатчик преобразует давление, оказываемое жидкостью на диафрагму в электрический сигнал. В том случае, когда плотность жидкости известна, сигнал обеспечивает непосредственную индикацию уровня.

Основные достоинства:

- выпускается большое количество различных типов чувствительных диафрагм, устанавливаемых с помощью устройств, отвечающих санитарно-гигиеническим нормам;

- характеризуются высокой надежностью в работе, не требуют технического обслуживания. Могут использоваться в вязких, пастообразных и пенообразных средах;

- обеспечивают стабильные измерения в процессе перемешивания (в турбулентной среде);

- идеальны при измерении уровня продуктов с меняющимися электрическими параметрами;

- применение преобразователя перепада давлений и второго датчика давления и пересчетного устройства позволяет проводить измерения уровня в емкости высокого давления и резервуарах, находящихся под вакуумом;

- значение уровня измеряется с высокой точностью.

Недостатки:

- могут использоваться только для измерения уровня жидкости;

- не пригодны для измерения уровня жидкостей, имеющих температуру выше 100ºС.